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 軌道上の GPS ブロック III 衛星の想像図 | |||
| メーカー | ロッキード・マーティン | ||
|---|---|---|---|
| 原産国 | アメリカ合衆国 | ||
| オペレーター | アメリカ宇宙軍 | ||
| アプリケーション | 航法衛星 | ||
| 仕様 | |||
| バス | ロッキード・マーティン A2100 M | ||
| 打ち上げ質量 | 3,880 kg (8,550 ポンド) [1] | ||
| 乾燥質量 | 2,269 kg (5,002 ポンド) | ||
| 力 | 4480ワット（寿命終了） | ||
| バッテリー | ニッケル水素電池 | ||
| 政権 | 半同期 中軌道 | ||
| デザインライフ | 15年（予定） | ||
| 生産 | |||
| 状態 | 生産完了 | ||
| 構築済み | 10 [2] | ||
| 発売 | 6 | ||
| 運用 | 6 [3] | ||
| 初打ち上げ | 2018年12月23日[4] | ||
| 最後の打ち上げ | 2023年1月18日[5] | ||
| 関連宇宙船 | |||
| 由来 | GPSブロックIIF | ||
| |||
GPSブロックIII（旧ブロックIIIA）は、最初の10機のGPS III衛星で構成され、Navstar全地球測位システムの運用を維持するために使用されます。ロッキード・マーティンは、 GPS III非飛行衛星テストベッド（GNST）と10機のブロックIII衛星すべてを設計、開発、製造しました。[6]シリーズの最初の衛星は2018年12月に打ち上げられました。 [7] [8] [9]
歴史
米国のGPS（全地球測位システム）は1995年7月17日に完全運用能力に到達し、[10]当初の設計目標を達成しました。技術の進歩と既存システムに対する新たな要求により、GPSシステムを近代化する取り組みが進められました。2000年に米国議会はGPS IIIと呼ばれるこの取り組みを承認しました。
このプロジェクトには、民間および軍事ユーザー向けの追加のナビゲーション信号を備えた新しい地上局と新しい衛星が含まれており、すべてのユーザーの精度と可用性を向上させることを目的としています。
レイセオンは2010年2月25日に次世代GPS運用制御システム（OCX）契約を獲得した。[11]
このシリーズの最初の衛星は2014年に打ち上げられる予定だったが[12]、大幅な遅延[13]により、打ち上げは2018年12月に延期された。 [7] [14] GPSブロックIIIの10番目で最後の打ち上げは2026年度に予定されている。[15]
発達
ブロックIII衛星はロッキード・マーティンのA2100M 衛星バス構造を採用している。推進剤と加圧剤のタンクは軽量で高強度の複合材料からオービタルATK社によって製造されている。 [16]各衛星にはノースロップ・グラマン・アストロ・エアロスペース社が設計・製造した8つの展開式JIBアンテナが搭載される[17]。
最初の衛星の打ち上げは2014年の予定より大幅に遅れていたが[12] 、 2016年4月27日、カリフォルニア州ホーソーンのSpaceX社は、GPS III衛星を予定軌道に乗せるための打ち上げサービスについて、8,270万ドルの固定価格契約を受注した。契約には、カリフォルニア州ホーソーン、フロリダ州ケープカナベラル空軍基地、テキサス州マクレガーで実施されるGPS IIIミッションのための打ち上げロケットの製造、ミッションの統合、打ち上げ作業が含まれていた。[18] 2016年12月、米空軍の全地球測位システム局長は、最初の衛星は2018年春に打ち上げられると発表した。[19] 2017年3月、米国会計検査院は「GPS III衛星とOCXブロック0の打ち上げ管制およびチェックアウトシステムの両方の技術的問題が相まって、最初のGPS III衛星の2018年3月の打ち上げ予定日が危ぶまれている」と述べた。[20]遅延はいくつかの要因によって引き起こされましたが、主にナビゲーションペイロードに問題が見つかったためです。[13] [21]打ち上げ日のさらなる遅延は、最終的に2018年12月23日に衛星を打ち上げたSpaceXファルコン9ロケットの追加テストと検証の必要性によって引き起こされました。[22] [23] 2019年8月22日、2番目のGPS III衛星がデルタIVロケットで打ち上げられました。[24]
2016年9月21日、米空軍はロッキード・マーティンとブロックIII宇宙船の9機目と10機目について3億9500万ドルの契約オプションを行使し、2022年までに打ち上げが可能になると予想されている。[25]
発売履歴
GPS Block III 衛星 10 基のうち 6 基が打ち上げられました。現在 6 基が運用中で、0 基がテスト中です。
新しいナビゲーション信号
民間 L2 (L2C)
最初の発表の1つは、既存のGPS粗捕捉(C/A)信号に使用されているL1周波数以外の周波数で送信される新しい民間用信号の追加でした。最終的に、これはL2周波数(1227.6 MHz)で放送されるため、L2C信号として知られるようになりました。これは、すべてのブロックIIR-M以降の設計の衛星で送信できます。当初の計画では、新しいOCX(ブロック1)システムが導入されるまで、信号はナビゲーションデータを含まないデフォルトメッセージ(「タイプ0」)で構成されるとされていました。[40] L2Cナビゲーションデータを含むOCXブロック1は、2016年2月にサービスを開始する予定でしたが、[41] [42] 2022年以降に延期されました。[43]
OCXの遅延の結果、L2C信号はOCX展開スケジュールから切り離されました。L2C信号を送信できるすべての衛星（2005年以降に打ち上げられたすべてのGPS衛星）は、2014年4月に運用前民間航法（CNAV）メッセージの放送を開始し、2014年12月には米空軍が毎日CNAVアップロードの送信を開始しました。[40] [44] L2C信号は、少なくとも24機の宇宙船によって放送された後に完全に運用可能と見なされ、2023年にそうなると予測されています。[40] 2017年10月時点で、L2Cは19機の衛星から放送されていましたが、2022年6月までには24機の衛星がこの信号を放送していました。[40] L2C信号の役割は、ナビゲーションの精度を向上させ、追跡しやすい信号を提供し、局所的な干渉が発生した場合に冗長信号として機能することです。
1 つの衛星から 2 つの民間周波数が送信されることによる直接的な効果は、その衛星の電離層遅延誤差を直接測定し、除去できることです。このような測定を行わない場合、GPS 受信機は汎用モデルを使用するか、別のソース (衛星ベースの補強システムなど) から電離層補正を受信する必要があります。GPS 衛星と GPS 受信機の技術の進歩により、電離層遅延が C/A 信号の誤差の最大の要因となっています。この測定を実行できる受信機は、デュアル周波数受信機と呼ばれます。その技術的特徴は次のとおりです。
- L2C には 2 つの異なる PRN シーケンスが含まれています。
- CM は、前方誤り訂正機能付きの 25 ビット/秒のナビゲーション メッセージで変調されますが、CL には追加の変調データは含まれません。
- 長い非データ CL シーケンスは、L1 C/A よりも約 24 dB高い相関保護 (約 250 倍の強度) を提供します。
- L2C 信号特性は、L1 C/A よりも 2.7 dB 高いデータ回復と 0.7 dB 高いキャリア追跡を実現します。
- L2C 信号の送信電力は、L1 C/A 信号よりも 2.3 dB 弱くなります。
- 単一周波数アプリケーションでは、L2C は L1 よりも電離層エラーが 65% 多くなります。
これはIS-GPS-200で定義されています。[45]
軍事（Mコード）
近代化プロセスの主要コンポーネントである M コードと呼ばれる新しい軍用信号は、軍用 GPS 信号の妨害防止と安全なアクセスをさらに向上させるために設計されました。M コードは、以前の軍用コードである P(Y) コードですでに使用されていたものと同じ L1 および L2 周波数で送信されます。新しい信号は、そのエネルギーの大部分をエッジ (既存の P(Y) および C/A キャリアから離れた場所) に配置するように形成されています。P(Y) コードとは異なり、M コードは自律的に設計されているため、ユーザーは M コード信号のみを使用して自分の位置を計算できます。P(Y) コード受信機は通常、最初に C/A コードにロックし、次に P(Y) コードにロックするために切り替える必要があります。
以前の GPS 設計からの大きな変更として、M コードは広角 (全地球) アンテナに加えて、高利得指向性アンテナからブロードキャストされるようになっています。スポット ビームと呼ばれる指向性アンテナの信号は、特定の領域 (直径数百キロメートル) に向けられ、ローカル信号強度を 20 dB (10 倍の電界強度、100 倍の電力) 増加させるようになっています。2 つのアンテナを持つことの副作用として、スポット ビーム内の受信機では、GPS 衛星は同じ位置を占める 2 つの GPS 信号として表示されます。
ブロックIIR-M衛星では全地球Mコード信号が利用可能であるが、スポットビームアンテナはブロックIII衛星が配備されるまで利用できない。他の新しいGPS信号と同様に、MコードはOCX、具体的にはブロック2に依存しており、2016年10月にサービス開始が予定されていたが[42] [46]、2022年に延期され[47]、当初の日付はGAOが予想した最初の衛星打ち上げの2年間の遅延を反映していなかった。[48] [49]
その他の M コードの特性は次のとおりです。
- 衛星は 2 つのアンテナから 2 つの異なる信号を送信します。1 つは地球全体をカバーし、もう 1 つはスポット ビーム用です。
- バイナリオフセットキャリア変調。
- 24 MHzの帯域幅を占有します。
- フレーム化ではなくパケット化された新しい MNAV ナビゲーション メッセージを使用し、柔軟なデータ ペイロードを可能にします。
- 有効なデータ チャネルは 4 つあり、各周波数と各アンテナで異なるデータを送信できます。
- FECとエラー検出を含めることができます。
- スポット ビームは、地球全体をカバーしたビームよりも約 20 dB 強力です。
- 地球表面での M コード信号: 全地球アンテナの場合は -158 dBW、スポット ビーム アンテナの場合は -138 dBW。
生命の安全（L5）
Safety of Life は民間用の信号で、L5 周波数 (1176.45 MHz) で放送されています。2009 年に、WAAS衛星が最初の L5 信号のテスト送信を行いました。最初の GPS ブロック IIF 衛星であるSVN-62 は、2010 年 6 月 28 日から L5 信号を継続的に放送しました。
GPS III制御セグメントのスケジュール遅延の結果、L5信号はOCX展開スケジュールから切り離されました。L5信号を送信できるすべての衛星（2010年5月以降に打ち上げられたすべてのGPS衛星）[50]は、2014年4月に運用前民間航法（CNAV）メッセージの放送を開始し、2014年12月には空軍が毎日CNAVアップロードの送信を開始しました。[51] L5信号は、少なくとも24機の宇宙船が信号を放送すると完全に運用可能と見なされ、現在は2027年にそうなると予測されています。[50]
2023年7月10日現在、L5はブロックIIF、SVM-63が削除された後、17基の衛星から放送されています。[52]
- 信号構造を改善してパフォーマンスを向上させます。
- L1 または L2C 信号よりも高い送信電力 (約 3 dB、つまり 2 倍の電力)。
- 帯域幅が広くなり、処理能力が 10 倍向上します。
- より長い拡散コード（C/A コードで使用されるものより 10 倍長い）。
- 世界中で利用可能な周波数帯域である航空無線航行サービス帯域内にあります。
WRC-2000は、この航空帯域に宇宙信号コンポーネントを追加し、航空コミュニティがL2よりもL5への干渉をより効果的に管理できるようにしました。これはIS-GPS-705で定義されています。[53]
新しい民間L1（L1C）
L1C は民間用の信号であり、現在のすべての GPS ユーザーが使用する C/A 信号と同じ L1 周波数 (1575.42 MHz) で放送されます。
L1C放送は、GPS III制御セグメント（OCX）ブロック1が2022年に運用開始されると開始されます。[43] [19] L1C信号は、少なくとも24基のGPSブロックIII衛星から放送されると、完全な運用状態に達し、2020年代後半に予測されています。[54]
- 実装では、下位互換性を確保するために C/A コードが提供されます。
- ノイズフロアの増加を軽減するために、最小 C/A コード電力が 1.5 dB 増加することが保証されます。
- 非データ信号コンポーネントには、追跡を改善するためのパイロット キャリアが含まれています。
- Galileo L1との民間相互運用性が向上します。
これはIS-GPS-800で定義されています。[55]
改善点
地球表面での信号電力の増加:
- M コード: −158 dBW / −138 dBW。
- L1およびL2: C/Aコード信号の場合は-157 dBW、P(Y)コード信号の場合は-160 dBW。
- L5は-154 dBWになります。
エアロスペース コーポレーションの研究者は、高出力 M コード信号を生成する最も効率的な方法は、それまでのすべてのユーザー ダウンリンク信号の特徴である地球全体をカバーしないという方法であることを確認しました。代わりに、高利得アンテナを使用して、直径数百キロメートルの指向性スポット ビームを生成します。当初、この提案は、計画中のブロック IIF 衛星への後付けとして検討されました。詳細に検討した結果、プログラム マネージャーは、大型の展開アンテナの追加と、運用制御セグメントに必要な変更を組み合わせると、当時の既存のシステム設計にとって非常に大きな課題になることを認識しました。[56]
- NASAはブロックIII衛星にレーザー反射鏡を搭載することを要求している。[57]これにより、衛星の軌道を無線信号から独立して追跡できるようになり、衛星クロックの誤差をエフェメリス誤差から切り離すことができる。これはGLONASSの標準機能であり、ガリレオ測位システムに組み込まれる予定で、2つの古いGPS衛星（衛星35と36）に実験として組み込まれていた。[58]
- 米空軍はNASAと協力して、MEOSAR捜索救助システムの一部として、GPS III衛星の第2弾に遭難警報衛星システム（DASS ）ペイロードを追加している。 [59]
制御セグメント
GPS運用制御セグメント（OCS）は、衛星運用センター、地上アンテナ、監視ステーションの世界規模のネットワークで構成されており、GPSブロックII衛星のコマンドアンドコントロール（C2）機能を提供します。[60 ] GPS OCSの最新の更新であるアーキテクチャ進化計画7.5は、2019年に運用上承認されました。[61]
次世代運用制御セグメント (OCX)
2010年、アメリカ空軍はGPS近代化計画の重要な部分である近代的な制御セグメントを開発する計画を発表しました。OCSは、新しいシステムである次世代GPS運用制御システム（OCX）が完全に開発され機能するまで、記録上の地上制御システムとして機能し続けます。[62]
OCXの機能は、「ブロック」と呼ばれる3つの別々のフェーズで米国空軍に提供されています。[63] OCXブロックには0から2までの番号が付けられています。各ブロックが提供されるたびに、OCXに追加の機能が追加されます。
2016年6月、米空軍は議会に対し、OCXプログラムの予測プログラム費用が42億5,000万ドルを超え、ベースライン費用見積もりの34億ドルを25%超過したことを正式に通知した。これは重大なナン・マッカーディ違反としても知られている。この違反の原因には、「プログラム開始時のシステムエンジニアリングの不十分さ」と「OCXのサイバーセキュリティ要件の複雑さ」が含まれる。[64] 2016年10月、国防総省は、重大な違反後も開発を継続するために必要なステップとして、このプログラムを正式に認定した。[65]
2021年7月には、OCX監視ステーションの設置がすべて完了した。[66] OCX監視ステーションは「2023年初頭」に運用に移行する予定であり、米宇宙軍は2027年にOCX全体の運用承認を完了することを望んでいる。[66]
OCX ブロック 0 (ブロック III の起動とチェックアウト)
OCXブロック0は、GPS III宇宙船の打ち上げと軌道上での初期の宇宙船バスチェックアウトをサポートするために必要な完全なOCX機能の最小限のサブセットを提供します。[19]
Block 0は2018年4月と5月に2回のサイバーセキュリティテストイベントを完了しましたが、新たな脆弱性は発見されませんでした。[67]
2018年6月、ブロック0はGPS IIIとの3回目の統合打ち上げリハーサルに成功しました。[67]
米空軍は2017年11月にOCXブロック0の納入を受け入れ、2018年12月の初のGPS打ち上げに備えてこれを使用している。[68]
2022年5月現在、OCXブロック0はGPS III SV 01～05の打ち上げとチェックアウトを正常にサポートしています。[69]
OCX ブロック 1 (民間用 GPS III 機能)
OCXブロック1はOCXブロック0のアップグレードであり、OCXシステムは初期運用能力（IOC）を達成します。ブロック1が展開されると、OCXは初めてブロックIIとブロックIIIの両方のGPS衛星を指揮・制御できるようになり、民間L1C信号の放送を開始する機能もサポートします。[19]
2016年11月、GAOはOCXブロック1がGPS III PNTミッションの起動遅延の主な原因となっていると報告した。[70]
ブロック1は、2018年9月に重要な設計レビュー（CDR）の最終反復を完了しました。[67]ブロック1のソフトウェア開発は2019年に完了する予定であり、その後、ブロック1ソフトウェアは2.5年間のシステムテストを受けることになります。[67]
OCX ブロック 2 (軍用 GPS III 機能、民間信号監視)
OCXブロック2は、軍事ユーザー向けの高度なMコード機能と民間信号のパフォーマンスを監視する機能を備えたOCXをアップグレードします。[63] 2017年3月、請負業者はOCXの納入スケジュールを再調整し、ブロック2がブロック1と同時に空軍に納入されるようになりました。[71] 2017年7月、スケジュールのさらに9か月の延期が発表されました。2017年7月のプログラムスケジュールによると、OCXは2022年4月に米空軍に納入される予定です。[47]
OCX ブロック 3F (ブロック IIIF の起動とチェックアウト)
OCXブロック3FはOCXをアップグレードし、ブロックIIIF衛星の打ち上げとチェックアウトを実行できるようにします。[72] [66]ブロックIIIF衛星は2026年に打ち上げが開始される予定です。
OCXブロック3Fの契約額は2億2,800万ドルで、2021年4月30日にレイセオン・インテリジェンス・アンド・スペース社に授与された。[73]
緊急時対応
GPS III緊急運用（COps）はGPS運用制御セグメントのアップデートであり、OCSがGPS III衛星からブロックIIF位置、ナビゲーション、タイミング（PNT）機能を提供できるようにします。[19]緊急運用の取り組みにより、OCXブロック1が運用可能になるまで（2022年に予定）待つことなく、GPS III衛星が限定的ではありますがGPSコンステレーションに参加できるようになります。
アメリカ宇宙軍は2016年2月に9,600万ドルの緊急時対応作戦契約を締結した。[74]緊急時対応作戦は2020年4月に運用上承認された。[61]
展開スケジュール
参照
- GPSブロックIIIF
- GPS信号
- GPS衛星ブロック
- GPS衛星一覧
- みちびき– 日本国内の GPS を強化するために設計された、日本で設計・打ち上げられた新しい衛星。
参考文献
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外部リンク
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